基于RFID技术的智能医疗管理系统.docx
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基于RFID技术的智能医疗管理系统
基于UHFRFID的射频识别应用演示系统设计与实现
——《智能医疗管理系统》
作者：
吉余岗学号：
7班级：
2012级物联网工程1班
摘要：
智能医疗管理系统设计基于目前相对热门的射频识别技术（RFID），通过权限设计、超高频电子标签（UHFEPC）查询、实时录入操作，分析并梳理治疗过程中错综复杂的信息，用以保障医疗过程中的透明化、信息共享、实时监察、规X收费等要求。
关键词：
智能医疗、射频识别、超高频、信息共享
1.绪论
1.1研究背景
信息技术、网络技术和计算机技术近几年迅速发展，各行各业纷纷通过信息化建设来改善管理、提高效率、降低成本，提高企业的竞争力。
而随着射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，以下简称RFID）的不断发展，这些领域和信息系统的结合、应用也正在越来越广泛地展开[1]。
随着社会经济的不断发展，社会矛盾日益尖锐，在医疗领域主要体现为：
医患信任危机、医院管理不透明、医护工作懈怠、医院间信息共享困难等。
而如何化解这些矛盾并推进医疗事业进步，是当前人们所关注的热点及问题的关键。
1.2研究意义
医疗过程主要分为诊断、治疗、护理等几个阶段。
而在这几个阶段里，各类人（包括医生、护士、患者、财务管理方、住院管理方等）的关系错综复杂。
智能医疗管理系统充分考虑了信息共享及信息保护之间的联系与区别，对这些关系进行了系统性地梳理，基本解决了如下问题：
（1）无纸化诊断，避免诊断记录遗失及写字不清晰导致误诊
（2）诊断、护理记录逐条保留，患者可打印保存
（3）医药费用透明化，所有药品价格由其负责人录入国家相关标准，其他人员不可更改
（4）基于RFID超高频读写，诊断、护理方便快捷，在手持设备或电脑终端可以实时控制
1.3设计要求
（1）基于UHFRFID和ISO18000-6C规X实现
（2）基于教9-C506实验室已有的实验箱、手持数据终端、服务器等设备完成
a）合理构建基于C#.NET的C/S模型的客户端软件并可以正常运行
b）合理构建基于ASP.NET的B/S模型的医疗管理并可以正常运行
c）根据数据库表设计规X及应用情景合理构建数据库表结构
d）实现超高频标签的串口读写功能
e）实现基于Android系统的手机终端的App设计制作
f）实现手持设备中软件的设计制作
g）实现监测模块功能，无线监测患者活动区域，监测护士是否正常值班，监测医生是否上班时间玩游戏
（3）演示系统体现RFID技术、网络数据库技术和应用软件开发三个方面的内容
1.4设计思路
1.4.1需求分析
本系统立足于解决医疗管理中存在的各类问题，因而需要剖析各类使用者在医疗系统中的权限问题，需要规X使用者的行为，需要对全透明化信息及半透明化信息进行相应设置。
本系统基于RFID技术，需要实现方便快捷的读取方式，便于各类使用者的操作。
同时，需要考虑到医院环境的局限性，应使用手持读卡设备或无线读写设备读写RFID卡片XX息[2][3]。
1.4.2计划安排
图1:
计划安排流程图
本系统的完成初步分为三个部分，分为读写器设计、客户端设计以及数据库设计。
在这三个部分设计完成之后相互之间建立连接关系，具体是：
（1）客户端与数据库实现数据交互；
（2）读写器与数据库生成卡片编号与用户编号对应表；
（3）射频卡片读取功能与登录、诊断、护理等模块的衔接
2.基于RFID技术的智能医疗管理系统设计
2.1硬件设计
2.1.1RFID超高频标签
随着射频技术趋于成熟，可以为供应链提供前所未有的、近乎完美的解决方案。
但我们所找到的最好的解决方法就是给每一个商品唯一的—产品电子码（EPC）。
EPC是在本世纪初由美国MIT的AUTO-ID中心提出的，它是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统[4]。
图2：
UHFEPC标签及其他标签
标签内存：
Tagmemory（标签内存）分为Reserved（保留），EPC（电子产品代码），TID（标签识别号）和User（用户）四个独立的存储区块（Bank）。
其中：
Reserved区：
存储KillPassword（灭活口令）和AccessPassword（访问口令）。
EPC区：
存储EPC等。
TID区：
存储标签识别，每个TID应该是唯一的。
User区：
存储用户定义的数据。
此外还有各区块的Lock（锁定）状态位等用到的也是存储性质的单元。
为达到循环利用的目的，本设计系统选用UHFEPC标签的User区数据进行读写操作，其他各区不作改动。
标签内存图示如图3：
图3：
UHFEPC（超高频标签）存储结构
标签存储指令：
有五条必备的：
REQ_RN，READ，WRITE，KILL，LOCK，和三条可选的：
ACCESS，BLOCKWRITE，BLOCKERASE。
（1）标签收到有效REQ_RN（withRN16orHandle）命令后，发回句柄，或新的RN16，因状态而不同。
（2）标签收到有效READ（withHandle）命令后，发回出错类型代码,或所要求区块的内容和句柄。
（3）标签收到有效WRITE（withRN16&Handle）命令后，发回出错类型代码,或写入成功就发回句柄。
（4）标签收到有效KILL（withKillPassword，RN16&Handle）命令后，发回出错类型代码,或灭活成功就发回句柄。
（5）标签收到有效LOCK（withHandle）命令后，发回出错类型代码,或锁定成功就发回句柄。
（6）标签收到有效ACCESS（withAccessPassword，RN16&Handle）命令后，发回句柄。
（7）标签收到有效，BLOCKWRITE（withHandle）命令后，发回出错类型代码,或块写入成功就发回句柄。
（8）标签收到有效，BLOCKERASE（withHandle）命令后，发回出错类型代码，或块擦除成功就发回句柄。
由于智能医疗管理系统硬件设计侧重于读写功能，故本系统中主要涉及到块读写操作指令，用于处理UHFEPC标签的User区的数据写入，读取。
本系统读取指令如图4：
图4：
读取UHFEPC的用户数据区第0块数据
2.1.2RFID阅读器：
RFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。
典型的阅读器包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线。
发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。
（1）电感耦合。
变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，如右图所示。
（2）电磁反向散射耦合：
雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律
电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。
典型的工作频率有：
125kHz、225kHz和13．56MHz。
识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20cra。
电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。
典型的工作频率有：
433MHz，915MHz，2．45GHz，5．8GHz。
识别作用距离大于1m，典型作用距离为3—l0m[5]
图5：
电感耦合模型的RFID读写器、电磁反向散射耦合型的RFID读写器
本系统中选用AS3991超高频读写器，用于读取UHFEPC卡片User区数据。
本系统使用RFID读写器如图6所示：
图6：
医疗管理系统读写器
2.1.3读写器-串口信息传递
在读写器和串口的通信中主要涉及到的内容包括读写器与计算机的连接方式，读写器选择，串口获取数据，串口数据处理及发送等。
（1）读写器选择：
由于RFID标签使用的是超高频的UHFEPC卡片，所以根据实际实验室情况，选用AS3991超高频读写器；
（2）读写器与计算机通过D型USB线连接，并传递信息的；
（3）串口信息处理包括阅读器操作控制，串口状态控制，数据处理，信息甄别等流程，其操作过程如图7所示。
2.1.4元件清单
元件名称
元件数量（个）
元件功能
AS3991超高频阅读器
1
读写UHFEPC标签
UHFEPC标签
4
标签功能
D型USB线
1
串口连接
表1：
硬件元件清单
图7：
读写器、串口指令操作流程图
2.2软件设计
本智能医疗管理系统基于C#.NET语言，SQLSERVER数据库，开发环境为MicrosoftVisualStudio。
软件设计部分主要包括：
结构框架设计、程序功能模块设计、程序执行流程图设计、数据库设计、程序清单。
2.2.1软件结构设计
本系统分为登录界面（含RFID登录）、个人信息修改界面、管理患者界面以及电子病历查询界面
图7：
智能医疗管理系统结构图
在医疗管理角色方面共分为四类角色，分别是对管理者、药物直接管理的超级管理员,对医生、护士、患者进行管理的普通管理员，对患者管理的医生、护士以及患者等。
其权限处理如图8所示：
图8：
医疗管理系统权限结构
其中医生、护士操作流程如图9-1，9-2所示：
图9-1：
医生操作流程图9-2：
护士操作流程
2.2.2程序功能模块
程序主要模块有：
登录模块、注册信息模块、信息管理模块、电子病历查询模块等
（1）登录模块：
主要分为账号登录和标签登录，账号登录规X为“1931”+“200i”+“number”，i的值代表登录角色，number的值代表该类中的工号；标签登录时需要先进行串口读取User区的数据，进而登录系统查询；
（2）注册信息模块：
主要分为管理员注册、药品登记、注册医生、护士、患者账号；
（3）信息管理模块：
主要对于注册的账户信息进行删除、修改、查询，包括修改密码、修改住址等个人信息修改以及诊断、护理信息增加及修改等；
（4）电子病历查询模块：
主要包括患者信息查询及电子信息调取保存等功能。
图10：
功能模块简图
2.2.3程序整体流程
图11：
智能医疗管理系统操作流程图
2.2.4数据库设计
本系统的数据库表主要由：
各角色基本信息表（含登录信息），药品表，患者就诊信息表、患者治疗信息表等组成。
同时建立表间映射及联系，用于查询患者的治疗明细。
本系统表设计结构如图12所示：
图12：
智能医疗管理系统数据库表结构
部分数据库表分析
在本系统中比较重要的几个数据库表是[Patient_id]（病人基本信息表）,[Patient_cure]（医生-病人表）,[Patient_phyexam]（护士-病人表）以及[Drag]（药品管理表）。
其各表相互联系如图12-2
（1）、
（2）、（3）所示：
图12-2
（1）医生诊断对各表数据的影响
图12-2
（2）护士护理对数据库表中的影响
图12-2（3）患者查询对各表记录的调取
2.2.5关键代码及实现功能
（1）电子病历txt文本生成
图13-1：
txt文本文档生成
（2）串口通信
图13-2：
串口打开/关闭
图13-3：
指令发送
图13-4：
规格化处理User区数据
由于数据库操作代码较多，本文将不一一列举，详见系统软件程序包
3.关键问题解决及运行结果
3.1关键问题及解决方法
3.1.1串口读写通信
问题描述：
因RFID实验箱局限性，D型USB线接入不同计算机时，串口号及波特率会发生改变，导致串口通信出错。
解决方法：
在软件程序中加入设置端口号、波特率的“串口通信设置”窗体，基于C#程序动态获取对应串口号，设置后进行读写操作。
3.1.2串口开关控制
问题描述：
由于串口通信过程中需要将串口打开或者关闭，进而会导致串口未能打开或者未能及时关闭。
解决方法：
目前是在串口设置界面人为设置串口打开或者关闭。
3.1.3患者uid号和RFID号匹配
问题描述：
由于RFID的TID区数据是不允许更改，而患者的uid是不同的，如果一一对应，会导致资源浪费（患者治愈之后，RFID卡片即不可循环利用）。
解决方法：
（1）建立uid和Tid的匹配表，uid可更改而Tid不可更改；
（2）利用UHFEPC的User区数据可变这一特性，将uid号直接写在User区数据域中，患者治愈后重新擦出数据，写入新数据。
目前本系统使用的是第二种方法，在以后研究中将使用第一种方法。
3.1.4患者治疗信息
问题描述：
患者在治疗过程中，由于有各个部门的参与，导致信息量巨大，而这些信息量都应当保存下来，同时就诊、治疗、护理的过程中的各种收费也应当对患者透明化。
解决方法：
任何人对于患者的操作均是独立的，且每条记录记载在相应的数据表中。
患者可以通过登录系统查询相关信息及打印保存信息（电子病历）。
3.2系统运行展示
3.2.1串口读写及患者登录电子病历生成
图14：
患者登录
图15：
电子病历生成
3.2.2护士护理
图16：
护理工作
3.3系统目前问题
系统目前存在问题主要有以下几点：
（1）界面过于繁琐，登录方式过多
（2）实际情况更加复杂，系统设计功能过于简单
（3）查询及表间联系经常出错，需要进一步学习数据库相关知识，对界面进行优化
（4）病人卡号登录过于死板，需要做到灵活。
4.课程总结及建议
4.1课程总结
基于RFID技术的智能医疗管理系统是这学期《射频识别技术》的期末设计。
在本次设计过程中，非常感谢任课老师索国瑞老师以及在软件设计方面指导较多的魏伟一老师。
同时对我组成员王金山、朱志强、杨喜艳也表示由衷的感谢。
在设计本系统中，小组成员通力合作，互相激励，共同解决设计过程中的各种问题，共同进步。
在本系统设计的过程中，我们理解了RFID标签的构造原理及特性，掌握了部分阅读器及串口通信知识，着重掌握了超高频电子标签的原理并学会了对超高频标签的读写操作。
同时在学习的过程中，认识到RFID技术的先进性，在以后的设计系统过程中我会充分结合并运用在《射频识别技术》课程上面的学到的技术，完善设计。
对射频识别技术的学习仅仅一学期是不够的，在以后的学习生涯中我会不断充实自我，更加努力学习RFID相关知识。
4.2建议
在这学期的RFID课程学习过程中，我的自学能力，逻辑思维能力得到了较大提升。
学会了队内合理分配任务，队外交流合作。
对本门课程及任课老师我有如下建议：
（1）侧重于培养学生的探索精神，对计算机硬件产生兴趣而不是产生畏惧。
激发学生的“好奇心”。
例如：
教授基础知识后让每个人设计出自己关于RFID的一个小程序，简单到使阅读器获取的数据仅仅作为一个输入数据都是可以的，既不费太多时间，又能培养学生的理解能力、动手能力。
（2）规定各小组成员轮流总结每周的学习，事前发送电子版总结（字数无限制，但须有自己的认识）到的知识，上课对所总结的进行提问或纠正。
这条建议主要针对学习能力弱的学生。
（3）PPT展示环节保留（时间限制必须严格，可以按照本科生毕业论文答辩展示时间作为标准）。
5.结束语
基于RFID技术的智能医疗管理系统定位于：
解决医患纠纷、促进治疗透明化。
系统基于目前比较热门的RFID技术，通过无纸化治疗过程，循环利用RFID卡片等行为保证了患者的知情权，节约了医疗资源，规X了医院行为。
本系统实现了RFID技术和医疗管理的结合，较为清晰地处理医疗过程中的大量复杂信息。
通过分析系统不同使用角色及其应具备的操作权限，合理构建了数据库表，实现了结合数据库的软件操作。
考虑到患者获取本人纸质病历的繁琐，本系统为患者提供了直接生成自己入院以来所有诊断、护理的记录，较之于病历更加详细。
同时，本系统还有较大的提升空间。
例如：
阅读器自动获取RFID编号；病人编号与卡片编号的动态配对；建立信息共享，用于各个医院信息的共享；无线局域网定位等功能；统一登录方式；客户端监视医生玩游戏并短信直接发送到医院纪律部门。
在未来的学习中，我们将逐步完善本系统，使之达到人性化操作，便捷、高效。
参考资料
[1]Jones，Peter，Thebenefitschallengesandimpactsofradiofrequencyidentificationtechnology（RFID）forretailersintheUK[J]，2005，37-39
[2]韩杰，基于WLAN的RFID技术在医疗管理中的开发与研究，XX交通大学，2009
[3]王斌，基于RFID技术的校园一卡通系统构建，电子科技大学，2008
[4]XX百科,超高频电子标签,baike.baidu./view/1961870.htm,2014-06-27
[5]物联网世界,RFID读写器专题,.rfidworld../rfid_reader_topic.htm,2014-06-29
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